تحليل عددي رشد مُد اول تورق در تير يك‌ سرگيردار دو لبه تك‌جهته با استفاده مدل‌هاي ناحيه چسبناك

Numerical analysis of mode I delamination growth in laminated DCB specimens using cohesive zone models

در اين تحقيق پديده شروع و رشد ُمد اول تورق در نمونه تير دو لبه يك‌ سرگيردار براي دو تير همسانگرد و كامپوزيتي با استفاده از تحليل المان محدود انجام شده و تيوري هاي موجود مورد بررسي قرار گرفته است. اين تيوري‌ها بر اساس قوانين كشش- جدايش بوده و از مدل‌هاي مختلف مانند خطي، دوخطي و نمايي پيروي مي‌كنند. همچنين تاثير پارامتر‌هاي ناحيه چسبناك (نرخ رهايي انرژي كرنشي بحراني و حداكثر تنش بين لايه‌اي)، تغيير شكل‌ برشي و پل زني الياف بررسي شده است. نتايج نشان مي دهند تيوري هاي معرفي شده و تحليل المان محدود بر پايه مدل هاي كشش- جدايش ذكر شده، توانايي لازم را براي پيش بيني شروع و رشد تورق در نمونه كامپوزيتي تك جهته با پل زني الياف ندارند. علاوه بر اين ناديده گرفتن ناحيه پل زني در مدل ناحيه چسبناك خطاي قابل توجهي در پيش بيني رشد تورق در اين نمونه ها خواهد داشت. لذا در اين تحقيق، مدل ناحيه چسبناك دوخطي با درنظر گرفتن قانون پل زني الياف و انرژي مصرفي در اين ناحيه، اصلاح شده و در نرم‌افزار ABAQUS پياده‌سازي شده است. مقايسه نتايج مدل‌سازي عددي با نتايج تجربي موجود در تحقيقات ديگر نشان مي‌دهد كه مدل ناحيه چسبناك توسعه داده شده هم‌خواني خوبي با نتايج تجربي دارد.

In this research, initiation and propagation of delamination are investigated using finite element analysis and existing theories for isotropic and composite double cantilever beam (DCB) specimens. These theories work based on the well-known traction-separation laws such as linear, bilinear and exponential laws. In addition, the effects of cohesive zone parameters, i.e., critical strain energy release rate and maximum interfacial stress, transverse shear deformations and fiber bridging law are studied. The results show that the introduced theories and finite element analysis based on bilinear cohesive law are not capable to predict initiation and propagation of delamination in unidirectional composite specimen with fiber bridging effect and neglecting this region in CZM cause significant error in prediction of delamination growth. For this purpose, bilinear CZM considering bridging law is modified and implemented in 3D finite element analysis. Comparing numerical results with available experimental data in the literature shows that finite element models based on modified CZM can predict initiation of delamination as well as propagation accurately.